製品技術紹介レポート

SHG-高効率ユニットを用いたワット級 CW 可視域レーザ光源－ファイバ入力の SHG 空間結合ユニットで高品質ビームを出力－㈱オプトクエスト 田中正三
更には、稀なニーズで市販されていない、606nm-CW：1.4W

１．はじめに可視域レーザは、DVD など情報機器の書込み／読出し用のレーザを開発したので紹介する。

光ピックアップを筆頭に、多種の半導体レーザが広範囲な用途（CW；Continuous Wave 連続光）で量産され普及している。波長は可視域 380～780nm 帯にて、疎らではあるが少なくとも R・G・B 各帯域の単独波長は基本２．SHG ユニットで使われている技術
SHG；Second Harmonic Generation の非線形光学素子が心色として使われている。
また、色素レーザがスペクトル分光など学術用途として古く臓部品である。

から使われている。可視域全範囲を連続でカバーしており、波当社は、国内外で製造販売されている複数タイプの SHG 光

長可変で、半導体レーザよりも高パワーなど、用途として申し学素子の中から、主に（導波路型ではなく）フリースペース型

分ないが、第 4 章で述べるように使用上の問題が多々ある。の PPLN；Periodically Poled Lithium Niobate 結晶を入手し近年、ファイバレーザが注目を浴びている。長距離光通信でた上で、『光ファイバ入力⇒PPLN 透過 SHG 発生⇒シングルモ

普及している光ファイバ増幅の技術がベースであり、工業的にード空間ビーム出力』の、安定したユニットを作製している。

は自動車産業などで高出力レーザ加工用に、学術的には「取りここで言う「安定」とは、SHG 光学素子へのミスアライメント扱いに優れた光ファイバの長所」を生かした様々な光源を生みや温調不安定等の原因により出力ビームで発生しがちな、波長出す研究がなされている（図 1）。

不安定性やパワー不安定性が極めて低く、安定である（≦±
0.1nm、≦±1%／8H）という事である。

当社は、空間光学系でシングルモード光ファイバ入出力による高効率ユニット化を得意としており、ファイバレーザのメーカーで有名なカナダの MPBC 社とタイアップして、SHG ユニ

これを実現させている、4 つの技術を次頁以降に説明する。

ットを出力ヘッドとした高品質ビームのワット級 CW 可視域レーザ光源を市場へ供給している（図２）。そこで当製品、特にSHG ユニットについて易しく述べてみる。

半導体レーザDPSS レーザ
SHG ファイバレーザ
色素レーザ【図１可視域レーザの種類】

1

【図 2

SHG ユニットを出力ヘッドとしたファイバレーザ】

１）空間光学系へのシングルモード光ファイバ入出力

２）ビーム整形

光が導波するコア径≦φ10μm の石英ガラス製シングルモ

前述の通り、当社ではフリースペース型の PPLN 結晶をードファイバに、目的に応じた空間ビームを入出力結合（空SHG 光学素子として用いているが、フリースペース型は SHG

間出力はシングルモードコリメート光；図３）させる事は容を発生させる光学的異方性の影響を受けてビームが変形する易ではない。十分に設計されて選定した非球面光学レンズをので、出力ビーム品質を高めて安定させるためにビーム整形が使い、サブミクロン分解能の光軸調芯装置（Ｘ、Ｙ、θＸ、必要である。当社は十分に設計されて選定した組合せレンズをθＹ、Ｚの 5 軸調整機構など）を用いて、効率良く低損失の使い、低楕円率、TEM00、M2＜1.1 のビーム出力をキープした光結合を行いたい。

ユニット作製を行っている。また、PPLN 結晶の波長特性にも依存するが、SHG 変換効率は 20%程度で製品化している。
３）PPLN 結晶の温度調整
市販のペルチェとサーミスタを使うが、PPLN 結晶を指定温度で調整し、SHG 出力のパワーや波長を安定させる事がいﾃﾞﾌｫｰｶｽ量 - ﾋﾞｰﾑｳｴｽﾄ半径特性かに難しいか。定盤上で SHG 光学系をバラックで組んで実験

40200
ﾋﾞｰﾑｳｴｽﾄ位置
出射側ﾋﾞｰﾑｳｴｽﾄ半径されている研究者の方々は、よくご存知であろう。当社は、1803016025140201201510010805600

PPLN 結晶の保持方法をはじめとして温度調整について、長ﾋﾞｰﾑｳｴｽﾄ半径 [μm]ﾋﾞｰﾑｳｴｽﾄ位置 [mm]35

年の経験と独自のノウハウにより、安定したユニット作製を行っている。
４）レーザ用光学薄膜
SHG 出力ビームの品質やパワーの安定に必要な更なる重要40020406080100120

技術は、光学薄膜である。光ファイバ端面 AR コート、PPLN

ﾃﾞﾌｫｰｶｽ量 [μm]結晶端面 AR コート、基本光をカットし SHG 光のみを通すダイクロイックミラーコート、出力ビーム窓板 AR コートなど【図 3 光ファイバコリメータ】（図 4）。
これらは光学特性（波長－透過率特性）も重要であるが、当当社は、光結合損失の保証値≦1.0dB、実力値≦0.3dB にて社は得意の洗浄技術を用いて、ハンドリングに工夫を要するユニット作製を行っており、YAG 溶接固定によってその信頼光ファイバ端面や微小光学部品の蒸着工程前後を高清浄に保性を確保している。

ち、耐パワー性の確保にも努めている。

2

【図 4 レーザ用光学薄膜】

３．ワット級 CW 可視域レーザ光源

国内で提供している（図 5 参照）。ファイバレーザ、SHG10W クラスのファイバレーザを基本波光源とし、第 2ユニット、いずれも出力は単独波長である。空間ビーム出章で述べた高効率・高品質・高信頼性の当社製 SHG ユニ

力のほか、PMF；Polarization Maintaining Fiber 出力でットと組み合わせて、MPBC 社製の可視域レーザ光源をも作製できる。

【図 5 ワット級 CW 可視域レーザ光源】

ザや固体レーザや SHG ファイバレーザでは今のところ市販さ４．606nm_SHG レーザ光源『Yb ドープファイバラマンレーザ＋ファイバラマン増幅器れておらず、これまでは色素レーザしか使われていなかった＋高効率 SHG ユニット』の構成で、ワット級 CW の 606nm（図 1 の【可視域レーザの種類】参照）。しかし、レーザ光源を開発した。
１）背景①

色素は発がん性物質で RoHS 指令対象②

使用の度に複雑な光学系の調整が必要で安定化に何時間も掛かる

波長 600nm 帯で高出力 1W 級のレーザ光源は、半導体レー3

③

毎年のメンテナンス費用が高価でありメーカーはメンテナンスを中止する方向

３）606nm レーザ光源の特長という問題により、色素レーザ以外の代替光源が求められて色素レーザに比べて、長寿命、高信頼性、ターンキー操作いる。

のみで安定出力、取り回しが出来て小型軽量なレーザヘッ

当社は、606nm ハイパワーレーザ光源の開発に成功

ド、安価、メンテナンスが極めて容易、という多くの特長がした。そして、600nm 帯（593nm～620nm で指定単独波長）挙げられる。CW で最大出力≧1.4W が得られた。
（性能はの CW ハイパワーレーザ光源も実現できる。

図 7 参照）。

２）基本波光源 1212nm の発振

５．まとめ

近赤外ファイバレーザで使われる希土類（Yb）ドープファ

当社の保有技術を挙げると、

イバは、利得のピークが 1030nm、発振波長の上限は 1180nm①

空間光学系の低損失ファイバモジュール化技術程度であり、基本波光源の波長としたい 1212nm の直接発②

精密光学素子アセンブリ工程の治具作製技術③

洗浄技術と併せた光薄膜技術

振は困難である。そこで、当社は Yb ドープファイバレーザとラマン共振器を組み合わせて発振波長の長波長化を図っ等である。かつて日本が光通信市場バブルであった頃、光フた。具体的には、市販の 1144nm-30W ファイバレーザからァイバコリメータを使った Telcordia GR-1221 試験合格品

1212nm の発振に成功した。のパッシブ光機能モジュールを量産していた。現在は公的研

ところが、「ラマン共振器の出力を上げるとスペクトル線究機関や国家プロジェクト向けに、高速大容量光通信分野の幅が拡がり、SHG 変換効率が下がる。
」という大きな課題が最先端研究用の、低損失空間多重（SDM；Space Division浮上した。そこで、当社はラマン増幅器を組み合わせてシミMultiplexing）光実験ツールを製品化している。

ュレーションと条件出しを繰り返し、1212nm のスペクトルレーザ光源にファイバレーザが台頭して産業用に普及し拡がりを極力抑えて＜0.2nm とする事ができた。SHG を含た近年、光ファイバの光学的扱いと多機能化、高性能化の得めて概略構成は図 6 の通り。

意な当社は、通信波長帯ではなくても容易に技術の進化に仲間入りする事ができた。今後共、半導体製造分野や加工分野向けのファイバレーザに関わるニーズを探索し、開発・製品化と拡販を図りたいと考えている。

【図 6 概略構成】（出典：2013 年秋季応用物理学会予稿 20a-C8-2）【図 7606nm レーザ光源】

以上

Shozo Tanaka
OPTOQUEST CO.,LTD4